Modelación numérica de la superficie de fluencia de una mezcla hipotética de arena y metano hidratado

Abstract

En el presente documento se acepta que la Superficie de Fluencia para la mezcla hipotética de arena y metano hidratado es definida geométricamente por el modelo CamClay , y tres parámetros geomecánicos a partir de los cuales se puede calcular la matriz de rigidez elástica y la matriz de rigidez plástica de dicho modelo. Este documento está compuesto por cinco Capítulos, a través de los cuales se presentan bases teóricas del material en estudio y de los modelos numéricos usados. Así mismo, se presentan los resultados de las modelaciones realizadas, las suposiciones aceptadas como válidas y el análisis de resultados, para finalmente ofrecer conclusiones y recomendaciones que serán de gran utilidad en estudios futuros. En el primer Capítulo se explica qué son los hidratos de metano, dónde se encuentran en la naturaleza y se dan a conocer algunas de sus propiedades físicas, térmicas, químicas y mecánicas. De igual manera, se exponen algunas de las razones por las cuales se justifica el estudio de los hidratos de metano. En el Capítulo II se explican las bases teóricas sobre las cuales se fundamenta el modelo CamClay. De igual manera, se resumen algunos trabajos experimentales realizados sobre mezclas de sedimentos e hidratos que sirven para entender el comportamiento mecánico de dichos materiales. Por su parte en Capitulo III se presentan las bases teóricas del Método de los Elementos Discretos (DEM), y se muestran algunos resultados de las investigaciones más representativas que se han realizado con el uso del DEM, para el estudio del comportamiento mecánico de mezclas de sedimentos e hidratos de metano. El Capítulo IV contiene las suposiciones y condiciones bajo las cuales se realizan los ensayos numéricos. De igual manera en el citado Capítulo se presentan los resultados de las modelaciones adelantadas a través de gráficas y tablas con las cuales se busca que los resultados sean claros, compactos y de fácil interpretación. En este Capítulo se demuestra que el Ángulo de Fricción global de la muestra estudiada, en ensayos de Corte Directo, no se ve influenciado por la Relación de Módulos (E_Hidrato⁄E_Arena ), ni por el Coeficiente de Fricción asumido para el hidrato, razón por la cual no se presenta variación en la línea del estado crítico definida en el plano 〖q,p〗^'. De igual manera, parámetros como la pendiente de la línea de Compresión Virgen λ, y la pendiente de la línea de Recompresión κ, no exhiben mayor variación con el cambio en la Relación de Módulos (E_Hidrato⁄E_Arena ), y el Coeficiente de Fricción propuesto para el hidrato. Finalmente en el Capítulo V se presentan las conclusiones y recomendaciones de la investigación.

Abstract. In this paper, it is accepted that the Yield Surface for the hypothetical mixture of sand and methane hydrate is geometrically defined by the CamClay Model, and three geomechanical parameters though which it is possible to calculate the elastic stiffness tensor and the plastic stiffness tensor of the model. The document consists of five chapters, through which some theoretical basis of the material under study and the numerical models that were used are presented; Likewise, the results of the modeling undertaken are presented, as well as the accepted assumptions and the analysis of results, to finally offer conclusions and recommendations that will be useful in future studies. In the first Chapter, it is explained what methane hydrates are, and where those are found in nature; additionally some of their physical, thermal, chemical and mechanical properties are given. Similarly, some of the reasons that justified the study of methane hydrates are exposed. In Chapter II, the theoretical basis on which the CamClay model is based, are exposed. Similarly, some experimental work carried out on mixtures of sediments and hydrates and is summarized, and used as a framework useful to understand the mechanical behavior of these materials. Meanwhile, in Chapter III the theoretical basis of the Discrete Element Method (DEM) are presented, and the results of some of the most representative investigations that have been conducted with the use of the DEM are exposed. Chapter IV contains the assumptions and conditions under which the numerical tests are performed. Similarly, in this chapter, using graphs and tables the results of the modeling are presented, always looking for a clear and compact format, that make it easy to interpret the information that is presented. In this Chapter, it is demonstrated that the overall Friction Angle of the sample, in the Direct Shear Tests, is not influenced by the modulus ratio(